[origo]
Nyomtatás

Ötven éve fedezték fel az élet titkát
2003. február 28., péntek, 12:55


1953 áprilisában olyan cikk jelent meg a Nature-ben, amely egycsapásra megváltoztatta a biológia tudományát. Watson és Crick - Wilkins és Franklin kutatásaira alapozva - felvázolta a DNS szerkezetét. Megkezdődött a molekuláris genetika máig tartó aranykora.


A DNS 50. születésnapja

Forrás: NatureIdén ünnepli 50. "születésnapját" a DNS-molekula. James Watson és Francis Crick 1953. április 25-én publikálta elképzeléseit az élet egyik legfontosabb molekulája, a géneket hordozó dezoxi-ribonukleinsav szerkezetéről. Számos más kutató - de főként Maurice Wilkins és Rosalind Franklin - fáradságos munkával összegyűjtött, de nem megfelelően analizált eredményeit felhasználva fél évszázada jutottak el a híres kettős spriál gondolatáig. Ezzel új korszak nyílt a biológiában, s a genetikai forradalom napjainkban is zajlik.

Egy hónappal Watson és Crick felfedezésének publikálása után Nagy-Britannia új királynőt koronázott, s egy brit expedíció ugyanazon a napon meghódította a Mount Everestet. A New Chronicle című újságban megjelent kis cikkecskén kívül azonban a kettős spirál nem hódította meg a lapokat. Ma viszont a legtöbb tudós az évszázad, ha nem az évezred legnagyobb fontosságú felfedezésének tartja.


Ajánlat


Az élet titkának első 50 éve: kiállítás és előadássorozat



A kettős spirál felfedezése nyitotta meg a molekuláris genetika aranykorát - az utat a génsebészet, a klónozás, az őssejt-biológia, a DNS-ujjlenyomatok, a DNS-alapú evolúciós vizsgálatok és a biológiát napjainkban forradalmasító genomikai kutatások előtt.

Eredményükért Crick, Watson és Wilkins 1962-ben megosztva orvosi-élettani Nobel-díjat kaptak, néhány évvel Franklin tragikusan korai halálát követően.


Nyomozás a gén után





A mesterséges mutációk jelentették a modern genetika kezdőrúgását. 1940-ben két tudós, George Beadle és Edward Tatum a Neurospora nevű kenyérpenész mutáns verzióit állította elő. Ezután kimutatták, hogy a mutánsok nem termelnek bizonyos kémiai anyagokat, mivel hiányzik bennük egy bizonyos enzim működő példánya. Egy olyan biológiai törvényt javasoltak, amely el is terjedt, és kiderült róla, hogy többé-kevésbé helytálló: egy gén egy enzimet határoz meg. A genetikusok suttogva kezdték ismételgetni: egy gén - egy enzim.

Ám maga a gén még mindig egy hozzáférhetetlen és titokzatos dolognak számított. Az a képessége, hogy precízen meghatározta a fehérjéket, egyre zavarba ejtőbben utalt arra a tényre, hogy a gén maga is fehérje; semmi más nem tűnt elég bonyolultnak a sejtben ahhoz, hogy ezt megtegye. Igaz, valami más is jelen volt a kromoszómákban: a DNS-nek nevezett unalmas kis nukleinsav.


Ajánlat


Genetika a Mindentudás Egyetemén
Megismerhetők és megváltoztathatók-e génjeink?




A DNS-t először sebesült katonák gennyes kötéseiből izolálta egy Freidrich Miescher nevű svájci orvos 1869-ben, Tübingen német városban. Miescher feltételezte, hogy az öröklődés kulcsa a DNS-ben keresendő. 1892-ben csodálatos előrelátással írta nagybátyjának, hogy a DNS szállíthatja az öröklődés üzenetét, ugyanúgy, ahogy minden nyelv szavai és fogalmai kifejezhetők egy 24-30 betűből álló abc-ben. A DNS-nek azonban kevés híve akadt; viszonylag kevés változatosságot felmutató anyagnak ismerték. Hogyan hordozhatna üzeneteket?


Watson és Crick - tűz és víz

Az 1940-es évek végén egy koravén és magabiztos 19 éves fiatalember, a már egyetemi fokozattal rendelkező James Watson rögeszmés meggyőződésévé vált, hogy a gének nem fehérjéből, hanem DNS-ből állnak. Elméletének igazolására Dániába ment, s mivel nem volt megelégedve az itteni kollégáival, 1951 októberében Cambridge-be távozott. Itt, a Cavendish-laboratóriumban hozta össze a véletlen egy hasonlóan ragyogó elmével, Francis Crickkel, aki szintén a DNS jelentőségének bűvöletében élt.


Forrás: Nature


Watson és Crick 1953-ban, az eredeti DNS-modellel

A többi már történelem. Crick a koravénség ellentéte volt. 35 éves kora ellenére még mindig nem rendelkezett doktori fokozattal. Már elmenekült egy cambridge-i laboratórium unalma elől, ahol arra alkalmazták, hogy megmérje a különféle anyagokkal módosított sejtek viszkozitását, és éppen a krisztallográfiát tanulmányozta buzgón a Cavendish-ben. De nem volt türelme hozzá, hogy kitartson saját problémáinál, s nem volt meg benne az alázat, hogy az apró részletekkel bíbelődjön. Nevetése, magabiztos intelligenciája és az a trükkje, hogy az embereknek választ ad saját tudományos kérdéseikre, a Cavendish dolgozóinak idegeire ment. Crick szintén bizonytalan elégedetlenséggel tekintett a fehérjékkel kapcsolatos megszállottságra. A nagy kérdés a gén szerkezete volt, és a DNS - feltételezte - a válasz részét képezte. Watson csábítására kezdte elbliccelni saját kutatásait, s beszállt a DNS-játékba. Így született meg a tudomány történetének egyik nagy, baráti versengésre alapuló, s ezáltal gyümölcsöző együttműködése: egy fiatal, ambiciózus, engedékeny amerikai, aki értett valamit a biológiához, s egy laza, ragyogó teljesítményű, de nem a középpontban lévő idősebb brit, aki értett valamit a fizikához.


"Felfedeztük az élet titkát"





Néhány rövid hónapon belül más kutatók - főleg Maurice Wilkins és Rosalind Franklin - fáradságos munkával összegyűjtött, de nem megfelelően analizált eredményeit felhasználva valószínűleg minden idők legnagyobb tudományos felfedezését tették: meghatározták a DNS szerkezetét. Még a fürdőkádból kiugró Arkhimédésznek sem volt nagyobb oka a dicsekvésre, mint Francis Cricknek, amikor 1953. február 28-án az Eagle pubban kijelentette: "Felfedeztük az élet titkát". Watsont azonban kétségek gyötörték; még mindig azon aggódott, hogy valahol hibát követhettek el.

De nem hibáztak. Hirtelen minden világossá vált: a DNS egy kódot tartalmazott, amely kettős hélixének elegáns, összecsavarodott lépcsőjében volt megírva, gyakorlatilag tetszőleges hosszúságban. A kód a betűi közötti kémiai affinitás révén másolta önmagát, s világos előírást tartalmazott a fehérjék elkészítéséhez: egy olyan, egyelőre ismeretlen "kifejezés-gyűjtemény" formájában, amely kapcsolatot teremtett a DNS és a fehérjemolekulák között. A DNS szerkezetének lélegzetelállító szépsége abban rejlett, hogy milyen egyszerűen tett mindent láthatóvá. Amint azt Richard Dawkins megfogalmazta: "Ami valóban forradalmi a Watson és Crick utáni molekuláris biológiában, hogy digitális jellegűvé vált ... a gének kódoló gépezete kísértetiesen hasonlít a komputerek nyelvére".


Egy bátor és okos nő: az elfelejtett negyedik

A DNS-kutatás egyik úttörője, a leukémiában korán elhunyt angol krisztallográfus, Rosalind Franklin - akivel neves férfikollégái oly csúnyán bántak -, amikor a röntgendiffrakciós képeken először látta meg a DNS-molekula szabályszerűségeit, állítólag azt kiáltotta: Milyen gyönyörű molekula!


Forrás: Nature


Rosalind Franklin - egy bátor és okos nő, akit elfelejtettek

"Mindezek a szereplők - ha akarnák - elmondhatnának olyan eseményeket és részleteket, amelyekre különbözőképpen emlékeznek. Van azonban egy szomorú kivétel. Rosalind Franklin 1958-ban, harminchét éves korában meghalt. Minthogy kezdeti - tudományos és személyes - impresszióim (amint azt e könyvlapjain megírtam) gyakran hibásak voltak róla, szeretnék valamit elmondani az eredményeiről. King's-beli röntgenmunkáját egyre inkább nagyszerűnek tekintjük. Az "A" és a "B" forma különválasztása önmagában is tekintélyt szerzett neki. Még jobb volt 1952-es bizonyító eljárása, amikor a Patterson-féle szuperpozíciós módszert alkalmazta, s kimutatta, hogy a foszfátcsoportoknak a DNS-molekula külsején kell lenniök. Később, amikor Bernal laborjába ment át, a dohánymozaik-víruson kezdett dolgozni, s a mi spirális szerkezettel kapcsolatos kvalitatív elképzeléseinket gyorsan kvantitatív képpé fejlesztette, pontosan meghatározta a spirális paramétereket és megállapította, hogy a ribonukleinsavlánc a központi tengelytől távolabb, félúton helyezkedik el.

Magam az Egyesült Államokban tanítottam, s így nem láthattam oly gyakran őt, mint Francis [Crick], akit gyakran felkeresett tanácsaiért, vagy - ha valami ügyes dolgot csinált - azért, hogy biztosítsa őt egyetértéséről. Akkorra korábbi civakodásaink már feledésbe merültek. Mindketten nagyra értékeltük személyes tisztességét és nemeslelkűségét. Csak évek múltán láttuk át a harcot, amelyet ez az okos nő vívott, hogy elismerje a tudományos világ, amely a nőket gyakran képtelennek tartja a komoly gondolkodásra. Rosalind példás bátorságát és integritását akkor érthetjük meg, ha tudjuk, hogy halálosan beteg volt, s nem panaszkodott, hanem magas szinten dolgozott még halála előtt néhány héttel is."

J. D. Watson

Forrás: A kettős spirál. Személyes beszámoló a DNS szerkezetének felfedezéséről; Budapest, Gondolat, 1972.


Kínlódás a kóddal

A DNS-szál információ; egy üzenet kémiai kóddal írva, amelyben egy-egy betű egy-egy vegyületet jelent. Majdnem túl szép ahhoz, hogy igaz legyen, de kiderült: hogy a kód olyan módon van megírva, hogy azt mi képesek vagyunk megérteni. Akárcsak az írott angol nyelv, a genetikai kód is folyamatos (lineáris) nyelv, amely folytonos vonalban íródik. Akárcsak az írott szó, ez is digitális nyelv, ahol minden betű ugyanolyan jelentőséggel bír. Sőt mi több, a DNS nyelve jelentősen egyszerűbb, mint a nyelv, mivel a genetikai ABC mindössze négy betűből áll: ezeket hagyományosan A, C, G és T betűkkel jelölik.


Forrás: Nature


Watson és Crick eredeti DNS-modellje

A DNS szerkezetének felfedezését a zűrzavar számos frusztráló éve követte. Maga a kód, vagyis a nyelv, amellyel a gén kifejezi önmagát, makacsul őrizte titkát. Watson és Crick számára a kód felfedezése szinte könnyűnek számított - sejtések, jó fizika és ötletek keveréke volt. A kód feltörése azonban igazi éleselméjűséget igényelt. Nyilvánvalóan egy négybetűs kódról volt szó, amely A, C, G és T betűkből áll. Ezt kellett átalakítani a fehérjéket felépítő aminosavak 20 betűből álló kódjára. Ebben majdnem mindenki bizonyos volt. De hogyan? Hol? És milyen eszközökkel?

A kérdés megválaszolásához vezető legjobb ötletek zöme Cricktől származott, köztük az általa adaptor-molekulának nevezett vegyülettel, amelyet ma transzfer RNS-nek nevezünk. Crick mindenfajta bizonyítékoktól függetlenül jutott arra a következtetésre, hogy egy ilyen molekulának léteznie kell. A molekula annak rendje és módja szerint elő is került. A kódolásra vonatkozó hipotézisek azonban rendre csődöt mondtak.


A kód feltörése

Forrás: ScienceA teóriák ideje azonban lejárt. 1961-ben, míg mindenki más csak gondolkodott, Marshall Nirenberg és Johann Matthaei dekódolta a kód egyik "szavát", méghozzá azon az egyszerű módon, hogy tisztán U-betűkből (uracilból - ami a DNS-ben a T-nek, vagyis a timinnek felel meg) egy RNS darabot készített, majd ezt aminosavak oldatába helyezte. A riboszómák itt olyan fehérjét állítottak elő, amely a fenilalanin nevű aminosavak sokaságából állt. A kód első megfejtett szava tehát az UUU volt, ami fenilalanint jelent.

1965-re a teljes kód ismertté vált, s megkezdődött a modern genetika időszaka. Az 1960-as évek úttörő felfedezései az 1990-es évekre rutineljárásokká váltak, a harmadik évezred elején pedig megkezdődött a genetikai információk feltérképezésnek és értelmezésének, a genomika tudományának diadalmenete.

A szövegek forrásaként Matt Ridley: Génjeink c. könyve szolgált, az Akkord Kiadó engedélyével.


[origo]